Quelques éléments de physiologie du cerveau

La physiologie du cerveau montre que celui-ci est constitué de cellules (les neurones) interconnectées. Quelques étapes de cette découverte :

• Van Leuwenhook (1718) : première description fidèle de ce qu'on appellera plus tard les axones
• Dutrochet (1824) : observation du corps cellulaire des neurones
• Valentin : découverte des dendrites
• Deiters (1865) : image actuelle de la cellule nerveuse
• Sherington (1897) : les synapses
• les neuro-transmetteurs (première moitié du siècle)

 
Figure 3.1: Les neurones schématisés

Les neurones reçoivent les signaux (impulsions électriques) par des extensions très ramifiées de leur corps cellulaire (les dendrites) et envoient l'information par de longs prolongements (les axones). Les impulsions électriques sont régénérées pendant le parcours le long de l'axone. La durée de chaque impulsion est de l'ordre d'1 ms et son amplitude d'environ 100 mvolts.

Les contacts entre deux neurones, de l'axone à une dendrite, se font par l'intermédiaire des synapses. Lorsqu'un potentiel d'action atteint la terminaison d'un axone, des neuromédiateurs sont libérés et se lient à des récepteurs post-synaptiques présents sur les dendrites. L'effet peut être excitateur ou inhibiteur.

Chaque neurone intègre en permanence jusqu'à un millier de signaux synaptiques. Ces signaux n'opèrent pas de manière linéaire (effet de seuil).

Quelques informations en vrac :

• le cerveau contient environ 100 milliards de neurones
• on ne dénombre que quelques dizaines de catégories distinctes de neurones
• aucune catégorie de neurones n'est propre à l'homme (cela serait trop beau !)
• la vitesse de propagation des influx nerveux est de l'ordre de 100m/s. C'est à dire bien inférieure à la vitesse de transmission de l'information dans un circuit électronique.
• on compte de quelques centaines à plusieurs dizaines de milliers de contacts synaptiques par neurone. Le nombre total de connexions est estimé à environ .
• la connectique du cerveau ne peut pas être codée dans un ``document biologique'' tel l'ADN pour de simples raisons combinatoires. La structure du cerveau provient donc en partie des contacts avec l'environnement. L'apprentissage est donc indispensable à son développement.
• le nombre de neurones décroit après la naissance
• on observe par contre une grande plasticité de l'axone, des dendrites et des contacts synaptiques. Celle-ci est surtout très importante après la naissances (on a observé chez le chat un accroissement des contacts synaptiques de quelques centaines à 12000 entre le 10ème et le 35ème jour). Cette plasticité est conservée tout au long de l'existence.
• les synapses entre des neurones qui ne sont pas simultanément actifs sont affaiblis puis éliminés
• il semble que l'apprentissage se fasse par un double mécanisme : des connections sont établies de manière redondantes et aléatoires puis seules les connexions entre des neurones simultanément actifs sont conservés (phase de sélection) tandis que les autres sont éliminés. On parle de stabilisation sélective

Nous conseillons sur le sujet deux livres accessibles au profane et passionnants : L'homme neuronal de Jean-Pierre Changeux et La biologie de la conscience de Gerald Edelman. Pour un survol de quelques pages, voir [10].